周末再次从物理理论上研究了一下新能源汽车,给大家汇报一下:1:磷酸铁锂电池还有很大的挖潜空间磷酸铁锂正极材料的电压是3.26V,克容量是170ma/克,这就意味着磷酸铁锂正极材料的理论电量是554W/千克。
石墨负极是与正极匹配的,克容量是372ma/克。
从理论上讲,1份石墨负极材料,对应需要2.19份正极材料。
或者反过来说,1份正极材料,对应需要0.47份负极材料。
如果通过工艺的优化,1千克电池电芯中正负极材料占比达到60%,那么正极材料就是408克,负极材料就是192克。
对应的磷酸铁锂电芯能量密度是226W/千克。
如果才有更高性能的负极,比如在石墨里面掺加硅,使负极材料的克容量达到450mA/克,那么1份正极材料,只需要0.38份负极材料。
通过才有优化的负极材料,可以增加正极使用量,达到434克。
对应的磷酸铁锂电芯能量密度是240W/千克。
如果负极材料克容量提高到800mA/克,那么1份正极对应0.21份负极。
正极材料的使用量就可以达到495克。
对应的磷酸铁锂电芯能量密度是274W/千克。
也就是说,使用更高性能的负极材料、优化电池结构,磷酸铁锂电芯能量密度可以从当前的180到200W/千克增加到230到260W/千克。
如果优化磷酸铁锂结构,在磷酸铁锂结构里面加一点点锰,构成磷酸铁锰锂,就可以提高磷酸铁锂的电压,使电压从3.26V增长到最高4.1V。
如果从安全性、循环性考虑,是不会完全把磷酸铁锂替换成磷酸铁锰锂,一比一惨的话,大概可以提高正极容量10%。
也就是说,磷酸铁锂电芯的实际能量密度还可以提高40%以上,达到253到286W/千克。
案例解析:比亚迪汉EV标准版电池容量是64.8度,如果电芯能量密度再增加40%,那么在不改变车体结构的情况下,电芯容量可以增加到90.7度。
这个电量意味着以90千米的匀速续航可以达到500千米,110千米的匀速续航下可以达到414千米。
如果电芯容量增加到120千瓦,高速续航就可以达到500公里以上,市内行驶里程可能达到1000千米。
可以说,终极磷酸铁锂电池,能量密度基本上是可以完全替代小型乘用车的。
如果运输货物和客运,可能还是得搭载固态三元电池,只有固态电池的系统能量密度可以超过400w/千克,满足高速800千米的续航。
一旦固态电池技术突破,电动车下一个革命对象就是中短途的货车和客车。
2:关于燃料电池燃料电池技术路径很多,当前很热门的就是氢能源燃料电池。
氢能源燃料电池有三个巨大的BUG:一是体积能量密度太低,一立方米仅有89.9克氢气;二是非常不安全,每一个氢气罐都是一颗小炸弹,每一个氢能源加氢站都是一颗小氢弹;三是氢能源的效率太低了,水电解氢气的效率最高可能就是72%,氢气转电效率最高是72%,运输效率损失7%,假如以光伏作为点解能